逆向工程数控机床视频二.ppt

逆向工程数控机床视频二.ppt

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,逆向工程ReverseEngineering,顺向工程（ForwardEngineering）开发流程,工业领域的竞争使市场对产品设计的要求发生了根本的变化，多品种，小批量替代了少品种大批量的传统生产模式，这就导致了要求降低产品、缩短设计和生产周期、提高产品质量。

设计中往往会遇到一些复杂的零部件，一般不能直接建立CAD模型我们接收的技术资料可能并非CAD的模型，而是实实在在的实物样件，这就为我们在后续的工作中采用先进的设计手段和先进的制造技术带来了很大的障碍。

反求工程作为对已有产品进行数据测量拟合、分析、改进设计，实现新产品开发的一种最佳手段，比从设计概念完成产品的开发的路要捷径的多，因而有效地支持了新产品响应市场的速度。

这种从实物样件获取产品数学模型相关的技术，已发展为CAD/CAM系统中的一个相对独立的研究领域，即“反求工程”（ReverseEngineering），或称反向工程、逆向工程等.,现代汽车造型设计,汽车设计：

根据一款车型的多方面要求来设计汽车的外观及内饰，使其在充分发挥性能的基础上艺术化。

汽车造型主要涉及科学和艺术两大方面,需要整个设计过程融入各种相关的知识：

车身结构、制造工艺、空气动力学、人机工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识，当然更少不了诸如绘画、雕塑、色彩感等基本艺术功底。

过去，新型轿车从构思到试产一般要经历四至五年，现在运用了计算机，仅需要二年或更少的时间。

其中，轿车的车身造型设计是整个设计工作最重要的内容。

越是现代化的大批量流水生产的产品，对其设计的内容要求更严密，要经过一步步严格的技术验证，否则设计中的错误或缺陷将会在批量生产中造成严重的后果。

那么，轿车的外貌是怎样诞生出来呢？

A从脑到手：

草图,虽然计算机已非常普及，不过对于设计师来说，最直接的方式还是拿支铅笔把脑子里的想法表现出来，这非常方便。

在从脑到手的初级阶段，没必要画得很精致，简洁的线条足以记录脑海中一个个一闪而过的构思，又或者在随手勾画中得到新的灵感。

草图,收集资料信息形成造型设计概念。

任何新型轿车的构思，都是建立在旧款车或者其它车辆的基础上借鉴、继承和改进而形成的。

每年在世界各地举办的汽车展览会、市场的信息反馈，都是设计开发部门资料信息来源的“源泉”。

目前时兴的品牌轿车“四位一体”的专营销售中，其中一项是“信息反馈”，作用之一就是做厂家开发新产品的依据。

奇瑞瑞虎与丰田RV4,红旗概念车VS劳斯莱斯,双环CEOVS宝马X5,比亚迪F3VS花冠,奇瑞QQVS通用五菱Spark,双环来宝VS本田CR-V,吉利豪情300VS奔驰C级,四位一体,4S店是一种汽车服务方式。

整车销售（sale）零配件（sparepart）售后服务（service）信息反馈（survey）,B初步定稿：

草图+说明,当思路比较明确以后可以绘一张草图，这时候汽车的主体线条和大体细节设计应该都有所表现，在适当的地方加进简单说明，为下一环节做准备。

初步定稿,C理念表达：

效果图,汽车造型设计的效果图，内容包括整车的形状，色彩，材料质感及反光效果等，作为开发人员表述造型的构思和初步选型的参考。

效果图,效果图由具有工业造型技术能力的开发人员完成，采用水彩、彩铅或者素描等方式绘制。

效果图分为车身造型效果图和车身内饰效果图。

车身造型效果图要表现出车型前面、侧面和后面三者的关系，同时也要表现出车门拉手，倒后镜、刮水臂、车牌位置等结构细节。

当我们看到一些汽车手稿，基本上是处在汽车效果图的阶段，通过精致的绘画表达这款车的直观感受和立体效果。

这是汽车设计的重要环节之一，就好象时装设计效果图一样，将是决定模型制作的关键。

效果图和最后的整车的细节未必完全相同，但是表现出来的气质却是一脉相承。

D内部设计：

内厢效果图,与汽车外观效果图同时出来的还有内饰效果图。

车身内饰的效果图主要表现出仪表板、中控台、门护板、座椅及相互之间的空间位置。

由于车厢内部难以用一张图表达清楚，所以有些效果图是针对某些位置而单独绘制的。

内厢效果图,E观感评估：

1/5油泥模型,模型制作是从“纸上谈兵”到实物实体的第一步，就是将设计构思实物化，让设计人员进行更细致和具体的探讨。

选择确定几幅效果图，依图做缩小比例的汽车油泥模型（这是一种类似橡皮泥的黏土，但是更加坚硬，成型后的细节需要用刀刮削才能完成）或石膏模型，比例为3:

8（美、英等英制国）或者1:

10、1:

5等。

1/5油泥模型,小比例模型的好处就是可以反复修改，成本低廉，如果一开始就做全尺寸模型，并在大模型上反复修改，就会消耗大量的时间和人力。

虽然历经数十年，制作油泥模型依然是汽车设计生产中的必要环节。

（感观）一般先要制作比例小的油泥模型作为提案，通常由设计师亲自操刀，大约两三个月才能最后完工。

F改进阶段：

1：

1油泥模型,经过对提案模型的评估，决策层会选择一个或几个设计方案由专业的模型师制作1：

1的油泥模型。

经过不断的讨论和修改之后，就进入定案阶段。

1：

1油泥模型,全尺寸油泥模型是指1:

1比例，设计人员可以对车身表面的细节部分进行比较和修改。

全尺寸油泥模型分为外部模型和内部模型，是车身造型设计中最关键的阶段，因为这个全尺寸油泥模型是今后正式产品的依据。

全尺寸油泥模型是高仿真产物，例如车轮一般会用上真轮胎和真轮毂，因为车轮对整个车型有十分重要的影响。

车身附件，大灯小灯、刷水臂都会安置在各自的位置上，有些模型表面还喷涂油漆，与真车相似。

因此，车厂对新产品的检测，也就从全尺寸油泥模型正式开始。

检测中最重点的一项，就是车身外部模型进行风洞试验，试验的主要内容是模拟车速在100200公里小时的状态下，测试阻力、升力、侧向力、俯仰力矩、侧翻力矩等数据，设计人员对车身模型的空气动力状态进行研究和分析，以取得对整个车身空气动力性能进行最优化的设计。

G测量阶段：

三维坐标测量,使用三维坐标测量仪。

将模型放在测量台上，测出它表面上足够多点的空间三维坐标，用这些数据就可以在电脑中建立三维模型。

北京“挑战者”多用途车全尺寸模型制造现场,H最后阶段：

电脑设计,把测量出的数据输入电脑，就可以开始进行三维模型的制作，未来这些数据将用于控制数控机床。

电脑设计,从七十年代起，计算机辅助设计已经进入了汽车外形设计这一领域，并已成为目前国内外车厂进行汽车造型设计的常规手段。

利用三坐标测量机测量，得到模型上离散的点集，将点集数据输入计算机，通过专门的CAD设计软件，将其连成光顺的曲线，用曲线建立起整个车身的表面数学模型，设计人员在电脑前可以进行任意的修改，再通过数控铣床制造1:

1全尺寸模型，供设计人员进行修改和定型。

J完成,期间还包括底盘和发动机等机械方面的设计。

车辆还要经过各种试验，如风洞实验、模拟碰撞实验、各种残酷路况的艰苦路试、实车碰撞实验等。

修改完成。

逆向工作中应该注意的问题,做一个逆向工程的工作，可能比做一个正向设计更具有挑战性，因为你如果想做出一个完美的产品，首先必须尽量理解原有模型的设计思想，在此基础上还可能要修复或克服原有模型上存在的缺陷。

从某种意义上看，逆向也是一个重新设计的过程。

1.模型的类型：

自由曲面：

汽车外覆盖件，玩具等初等解析曲面：

平面、圆柱面、圆锥面等组成的零件模型的类型直接关系到我们建模时所选用的模块或软件，对于自由曲面件必须采用具有方便调整曲线和曲面的模块，而对于初等解析曲面件，我们没必要因为有测量数据而用自由曲面去拟合一张显然是平面或圆柱面的曲面。

2.模型要求的品质：

A级曲面：

如汽车、摩托车的外覆盖件B级曲面：

如汽车的内饰件，大部分的塑料件模型要求的品质也关系到对模块的选用，比如对于A级曲面，就要求选用软件必须具备方便和直接的曲面调整手段，强大的曲面检测功能，而且检测结果必须是动态的，即曲面调整的同时检测结果动态更新。

3.测量手段：

简单工具的手工测量机械、激光、数字成像三坐标测量机测量的有序点数据，既大批量、无序的点云数据,三维扫描设备分为接触式探针式和非接触式（激光、照相、X光等式）两大类。

探针式：

价格便宜，速度较慢，探针与物体接处会有盲点并且使软件物体容易变形，影响扫描精度。

激光扫描：

速度快、精确度适当，并且可以扫描立体的物品获得大量点云数据，以利曲面重建。

汽车发动机盖主要大面：

中间比较平坦部分,三维扫描中的数据处理技术,

（一）扫描生成的点云数据的处理扫描得到的产品外型数据会不可避免的引入数据误差，尤其是尖锐边和边界附近的测量数据，测量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面，所以要对原始点云数据应进行预处理，通常要经过以下步骤：

1去掉噪音点：

2数据插补：

（扫描不到的区域）3数据光顺：

光顺泛指光滑、顺眼4点云的重定位整合：

重新装夹后多次扫描形成的数据要进行重定位整合，需要造型人员手工“缝合”。

汽车发动机盖点云的导入异常点处理：

点云数据精简：

由于发动机盖曲面要求比较光顺，应该尽量保留点云的曲面特征，最后留下32.7%的数据。

（二）由点云数据生成曲面的三维造型技术曲面重建：

反求工程的另一个核心及主要的目的，是以所扫描得到的点云数据重新建构曲面模型。

产生CAD数据、制造或NC加工，这部分即为后处理。

五、典型的后处理软件介绍目前市面上常用的反求工程软件系统采用的基本都是NURBS曲面，从它们的功能或操作方法来看，其共同特点是先构造曲线，或者是利用曲线直接构造曲面，或者是通过曲线界定曲面拟合区域，先生成曲面片，然后通过拼接构成完整的曲面模型。

其优点是NURBS曲面的应用在CAD/CAM领域内相当广泛，因而，这些系统与其它CAD/CAM系统的通信、交流就十分方便。

ImagewareImageware是逆向工程、计算机辅助曲面检测、曲面造型及快速样件软件。

它用来设计、创造和检查自由形式曲面产品Surfacer逆向工程工具和class1曲面生成工具。

Verdict对测量数据和CAD数据进行对比评估。

Buildit提供实时测量能力，验证产品的制造性。

RPM生成快速成型数据。

View功能与Verdict相似，主要用于提供三维报告,实例,

（一）点云处理过程1读入点云数据,将分离的点云对齐在一起（如果有需要）。

有时候由于零件形状复杂，一次扫描无法获得全部的数据，或是零件较大无法一次扫描完成，这就需要移动或旋转零件，这样会得到很多单独的点云。

2对点云进行判断，去除噪音点（即测量误差点）。

由于测量工具及测量方式的限制，有时会出现一些噪音点，以保证结果的准确性。

3通过可视化点云观察和判断，规划如何创建曲面。

一个零件，是由很多单独的曲面构成，对于每一个曲面，可根据特性判断用什么方式来构成，例如，如果曲面可以直接由点的网格生成，就可以考虑直接采用这一片点云。

提前作出规划可以避免以后走弯路。

4根据需要创建点的网格或点的分段。

由于发动机盖具有对称性，所以先重建左或者右半边曲面然后再镜象生成整个曲面,根据曲率变化情况可以划分成如图所示的面块,曲面的重建1、面1的重建2、面2的重建3、面3和面4的重建4、中间过渡小曲面的重建,汽车发动机盖点云的模型重建,曲面镜象与拼合,

（二）曲线创建过程1判断和决定生成哪种类型的曲线。

曲线可以是精确通过点云的、也可以是很光顺的、或介于两者之间。

2创建曲线。

根据需要创建曲线，可以改变控制点的数目来调整曲线。

控制点增多则形状吻合度好，控制点减少则曲线较为光顺。

3诊断和修改曲线。

可以通过曲线的曲率来判断曲线的光顺性，可以检查曲线与点云的吻合性，还可以改变曲线与其他曲线的连续性（连接、相切、曲率连续）。

创建扫描线,创建样条曲线及曲线的光顺处理,1、样条曲线的构建主要从扫描线生成2、生成样条曲线后，要检查曲线的曲率变化是否均匀，曲线连接点处曲率是否连续，对不合个的曲线应及时修改。

创建样条曲线及曲线的光顺处理,（三）曲面创建过程1决定生成哪种曲面。

可以考虑生成更准确的曲面、更光顺的曲面，或两者兼顾。

2创建曲面。

创建曲面的方法很多，可以用点云直接生成曲面，可以用曲线通过蒙皮、扫掠、四个边界线等方法生成曲面，也可以结合点云和曲线的信息来创建曲面。

3诊断和修改曲面。

比较曲面与点云的吻合程度，检查曲面的光顺性及与其他曲面的连续性，同时可以进行修改。

重建的曲面精度和光顺性分析,逆向工程的方法及主要问题,逆向工程系统是通过对实物模型的数据采集，进行计算机三维模型重建过程的总称，具有很强的实践性。

就逆向工程的基本原则，逆向（反求）处理结果的保型性（几何模型的精度）是最基本、最主要的要求。

逆向工程系统对3D模型处理便捷性是另一个非常重要的内容。

汽车模具的生产周期是生产管理最主要的指标之一，故逆向工程的速度也是不可忽视的主要指标。

谢谢！